Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận văn đồ án tốt nghiệp ngành điện với đề tài: Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ dị bộ dây quấn bằng đưa điện trở vào roto liên tục, cho các bạn tham khảo

1. 1
LỜI MỞ ĐẦU
Trong quá trình sản xuất, truyền động điện là một trong những khâu quan
trọng để tạo ra năng suất lao động lớn. Điều đó càng đƣợc thể hiện rõ nét
trong các dây truyền sản xuất, trong các công trình xây dựng hiện đại, truyền
động điện đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động và
chất lƣợng sản phẩm. vì thế các hệ thống truyền động điện luôn đƣợc quan
tâm nghiên cứu để nâng cao chất lƣợng sản phẩm.
Khi nói đến truyền động điện thì ngƣời ta quan tâm nhất đó là động cơ
điện và việc điều khiển động cơ điện một cách chính xác và đạt kết quả nhƣ
mong muốn.
Do có nhiều ƣu điểm cả về kinh tế lẫn kỹ thuật nên động cơ không động
bộ ngày càng đƣợc sử dụng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân cũng nhƣ đời
sống hàng ngày. Vì vậy việc điều khiển động cơ không đồng bộ là một trong
những vấn đề quan trọng.
Trong quá trình học tập chúng em đã đƣợc học, nghiên cứu nhiều phƣơng
pháp điều khiển động cơ không đồng bộ và trong phạm vi đồ án tốt nghiệp em
chỉ đi sâu nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển cho động cơ không động bộ rôto
dây quấn bằng phƣơng pháp đƣa liên tục điện trở vào mạch roto.
Dƣới sự hƣớng dẫn tận tình của GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn em đã hoàn
thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài “XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DỊ BỘ DÂY
QUẤN BẰNG ĐƢA ĐIỆN TRỞ VÀO ROTO LIÊN TỤC”
Do thời gian và hiểu biết thực tế còn hạn chế nên trong quá trình thiết kế
còn có những sai sót nhất định, em mong đƣợc sự giúp đỡ chỉ bảo của các
thầy cô trong bộ môn để em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng ngày 17/4/2014
Sinh viên
Nguyễn Văn Năm

2. 2
CHƢƠNG 1.
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ (KĐB).
1.1.1. Khái quát về máy điện KĐB.
Động cơ xoay chiều KĐB đƣợc sử dụng nhiều nhất trong thực tế hiện nay
nhờ các ƣu điểm: Đơn giản về cấu tạo, nhỏ gọn, hoạt động tin cậy, giá thành
rẻ và chi phí vận hành thấp. Hơn nữa nó có thể đấu trực tiếp vào lƣới điện
xoay chiều ba pha mà không cần qua một thiết bị biến đổi nào.
Có hai loại động cơ KĐB :
+ Động cơ KĐB rôto dây quấn. + Động cơ KĐB rôto lồng sóc.
Hình 1.1: Ký hiệu động cơ KĐB
1.1.2. Đặc tính cơ của động cơ KĐB.
Theo điều kiện cân bằng công suất trong động cơ, nếu gọi:
-Công suất điện từ chuyển từ stato vào rôto là P12.
-Công suất cơ đƣa ra trên trục động cơ là Pcơ.
-Công suất tổn thất trên động cơ là P.

3. 3
Ta có P12=Pcơ+ P.
Trong đó: P12=Mdt. 0 . Pcơ=M. .
Khi coi động cơ và lƣới điện là lý tƣởng: tức là coi các thông số dây
quấn nhƣ điện trở, điện kháng không đổi, tổng trở mạch từ hóa không đổi, bỏ
qua tổn thất trong lõi thép và tổn thất do ma sát thì mômen cơ bằng mômen
điện từ còn tổn hao công suất khi ấy chỉ xét đến tổn hao đồng do rôto gây ra
bên trên điện trở mạch rôto, tức là:
Mđt M và P= P2=3.I2’2
.R2’.
Trong đó: I2’: Dòng rôto đã quy đổi về stato.
R2’: Điện trở Rôto đã quy đổi về stato.
22
'
2
1
1'
2
)( nmX
s
R
R
U
I (1).
Trong đó: Xnm=X1+X2’ : Điện kháng ngắn mạch của động cơ.
U1: Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato.
R1, X1: Điện trở tác dụng và điện kháng stato.
R2’,X2’: Điện trở tác dụng và điện kháng rôto đã quy đổi về stato.
s: Hệ số trƣợt.
Theo biểu thức P12=Pcơ+ P
Ta có: M 0=M +3.I2’2
.R2
’
M. 0 =3.I2’2
.R2’
M.
0
0
0 . = 3.I2’2
.R2’.
Thay s=
0
0
vào biểu thức trên ta có: M=
s
RI
.
..3
0
'
2
2'
2
(2).
Thay I2’ từ biểu thức (1) vào (2) ta có: M=
2
2'
2
10
'
22
1 ..3
nmX
s
R
R
s
R
U
(3).

4. 4
0
đm
Đây là phƣơng trinh đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ, cho s các giá trị
khác nhau, tức là ứng với mỗi giá trị tốc độ )1(0 s ta có các giá trị
mômen M tƣơng ứng, từ đó ta có đặc tính cơ cua đông cơ KĐB nhƣ sau:
Hình 1.2: Đặc tính cơ của động cơ KĐB.
Các điểm cực trị của đƣờng cong đặc tính cơ trên gọi là điểm tơi hạn
ứng với các tọa độ:
-Độ trựơt tới hạn: sth= 22
1
'
2
nmXR
R
.
-Mômen tới hạn: Mth= 22
110
2
1
2
3
nmXRR
U
.
Nếu biểu diễn phƣơng trinh (3) thông qua độ trƣợt tới hạn và mômen
tới hạn ta có dạng phƣơng trình đặc tính cơ thông dụng dạng Closs nhƣ sau:
M=
th
th
th
thth
sa
s
s
s
s
saM
.
.12
Trong đó a= '
2
1
R
R
.
Đặc tính cơ trên cho thấy quan hệ giữa tốc độ động cơ và mômen
đƣợc chia làm 2 đoạn:

5. 5
-Đoạn 1 từ điểm không tải lý tƣởng (s=0, 0 ) đến điểm tới hạn
(s=sth) gọi là đoạn công tác có độ cứng 0 , động cơ chỉ làm việc xác lập
trên đoạn này.
-Đoạn 2 từ tới hạn tới điểm ngắn mạch (s=1, =0) có độ cứng 0và
chỉ tồn tại trong quá trình khởi động hoặc quá độ.
Kết luận: Sự phát triển của kỹ thuật điện tử là cho việc điều khiển động cơ dị
bộ đƣợc dễ dàng và có nhiều ƣu điểm nhƣ: hệ thống điều khiển đơn giản, giá
thành rẻ…vì vậy mà việc nghiên cứu về động cơ dị bộ và vô cùng quan trọng.

6. 6
CHƢƠNG 2.
CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DỊ BỘ
2.1. Các nguyên tắc điều chỉnh tốc độ.
Thay 0 =
p
f..2
với f là tần số dòng điện trong stato, p số đôi cực của
động cơ.
và Xnm=X1+X2’ vào biểu thức (3) ta có :
M=
2'
21
2'
2
1
'
22
1
2
..3
XX
s
R
R
p
f
s
R
U
(4).
Từ phƣơng trình trên cho thấy ta có thể điều khiển đƣợc động cơ KĐB
bằng cách tác động vào các thông số: Điện trở, điện kháng mạch rôto R2, X2;
điện áp stato U1; điện trở và điện kháng stato R1 ,X1; tần số dòng điện stato f;
và số đôi cừc p. Ngoài các phƣơng pháp tác động vào các thông số trên ngƣời
ta còn điều khiển động cơ KĐB bằng các sơ đồ đặc biệt để điều khiển động cơ
thông qua điều chỉnh công suất trƣợt trong mạch rôto, đó là các sơ đồ tầng. Ta
sẽ lần lƣợt khảo sát các phƣơng pháp trên:
2.1.1. Điều khiển động cơ bằng điện áp stato.
Theo biểu thức (4) cho thấy sự ảnh hƣởng của điện áp stato U1 đến
các thông số đầu ra của động cơ. Do vậy có thể điều khiển động cơ thông qua
điện áp stato U1. Việc điều khiển đƣợc thực hiện sử dụng một bộ nguồn có
điện áp ra thay đổi (U1=var) để cung cấp cho stato của động cơ:
Sơ đồ:

7. 7
0
1
dm
2
Hình 2.1: Sơ đồ và họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện áp stato.
Do dòng điện động cơ tỷ lệ với bình phƣơng của điện áp U, độ trƣợt tới
hạn sth không thay đổi theo điện áp.
Inm U1. Mnm U1
2
.
Mth U1
2
. sth const.
Nhƣ vậy ta có đặc tính cơ khi thay đổi điện áp stato nhƣ trên.
Việc điều khiển đối với động cơ KĐB rôto dây quấn và rôto lồng sóc
có khác nhau.
-Đối với động cơ KĐB rôto lồng sóc: Do độ trƣợt tới hạn nhỏ,nên phần
công tác trên các đặc tính điều chỉnh ngắn dẫn đến hiệu quả điều chỉnh tốc độ
không cao. Do đó áp dụng phƣơng pháp thƣờng áp dụng phƣơng pháp này
cho điều chỉnh mômen và dòng điện khởi động.
-Đối với động cơ rôto dây quấn. Ngƣời ta thƣờng đƣa thêm một bộ điện
trở cố điịnh và ba pha của rôto để làm tăng thêm độ trƣợt tới hạn của động cơ,
do đó mở rộng đƣợc vùng điều chỉnh, tăng hiệu quả của điều chỉnh động cơ,
do đó phƣơng pháp này đƣợc áp dụng để điều chỉnh tốc độ.
2.1.2. Điều khiển động cơ KĐB bằng biến đổi tần số.
Việc điều khiển đông cơ KĐB bằng biến đổi tần số đƣợc dùng rộng rãi
do tạo ra cho động cơ KĐB khả năng điều chỉnh các thông số đầu ra vƣợt trội.
Phƣơng pháp này cho phép điều chỉnh cả mômen và tốc độ động cơ
với chất lƣợng cao.
Sơ đồ khái quát của hệ bao gồm bộ nguồn biến tần có khả năng điều
chỉnh, biến đổi tần số và điện áp hoặc dòng điện cấp cho stato của động cơ và
một khối điều khiển dùng để xử lý các tín hiệu điều khiển hệ thống.

8. 8
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý và đặc tính nhân tạokhi biến đổi tấn số
Ƣu điểm của phƣơng pháp: Các đặc tính nhân tạo có thể thấp hơn nếu
f<fđm và cũng có thể cao hơn nếu f>fđm, tức là tốc độ làm việc nlv có thể lớn
hơặc nhỏ hơn tốc độ định mức nđm
Phƣơng pháp này ứng dụng nhiều trong các hệ truyền động tự động
hiện đại dung động cơ KĐB.
2.1.3. Điều khiển động cơ KĐB bằng thay đổi số đôi cực p.
Xuất phát từ các biểu thức
p
f1
0
..2
và )1.(0 s
Ta thấy khi thay đổi số đôi cực p thì tốc độ 0 , do đó tốc độ rôto động
cơ thay đổi.
Để sử dụng phƣơng pháp này ngƣời ta chế tao hai loại động cơ có khả
năng thay đổi số đôi cực.
-Loại có hai bộ dây quấn stato riêng biệt, mỗi bộ có một số đôi cực
riêng biệt.
-Loại có một bộ dây quấn nhƣng mỗi pha đều chia làm 2 phân đoạn, khi
đổi nối ta sẽ có các số đôi cực khác nhau.
Hình 2.3: Họ đặc tính cơ khi thay đổi p
02
01

9. 9
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp :
-Vì p chỉ có thể thay đổi theo các số tự nhiên do đó tốc độ thay đổi nhảy cấp.
-Phƣơng pháp này không kinh tế.
2.1.4. Điều khiển động cơ KĐB bằng điện trở và điện kháng phụ mạch stato.
Về nguyên lý, điện trở phụ stato Rf1 và điện kháng phụ stato Xf1 đều
có ảnh hƣởng đến đặc tính cơ của động cơ KĐB. Tuy nhiên do hạn chế của
dạng đặc tính và chỉ tiêu chất lƣợng thấp, do đó ít đƣợc sử dụng trong điều
chỉnh tốc độ.
Sơ đồ nguyên lý và đặc tính điều chỉnh.
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý và họ đặc tính cơ.
Đối với động cơ KĐB rôto lồng sóc có công suất trung bình và lớn, để
hạn chế dòng điện khởi động, ngƣời ta mắc thêm điện trở phụ hoặc điện
kháng phụ vào stato.
2.1.5. Điều khiển động cơ KĐB bằng sơ đồ tầng.
Nhƣ đã trình bày, khi động cơ làm việc ở tốc độ tƣơng ứng với
tốc độ trƣợt s nào đó, công suất lấy từ lƣới điện sau khi chuyển thành công
suất điện từ P12=Mđt. 0 chia làm 2 phần chính: Công suất cơ Pcơ=M. và
công suất trƣợt P=P12.s chuyển vào mạch rôto.

10. 10
Giả thiết bỏ qua các tổn thất trên các dây quấn, trên lõi thép và ma sát
trên ổ trục ta có: P12=Pcơ+ Ps.
Đối với các hệ thống điều khiển đã xét ở trên,Công suất tiêu tán Ps tỷ
lệ với hệ số trƣợt s. Điều chỉnh càng sâu độ trƣợt càng lớn, tổn thất càng lớn
dẫn đến chỉ tiêu năng lƣợng càng thấp.
Do vậy, đối với các động cơ KĐB rôto dây quấn công suất lớn có Ps
lớn ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp điều khiển theo sơ đồ tầng nhằm mục đích
sử dụng có ích công suất trƣợt khi điều chỉnh tốc độ động cơ.
Để thực hiện đƣợc ý tƣởng trên ngƣời ta đƣa vào mạch rôto một thiết
bị biến đổi để tiếp nhận năng lƣợng Ps rồi biến đổi nó thành cơ năng bổ
xung vào trục của động cơ cùng máy sản xuất hoặc thành điện năng có tần số
bằng tần số lƣới điện và trả về lƣới.
a b
Hình 2.5: Sơ đồ khối năng lƣợng trong các sơ đồ tầng: a, tầng điện cơ; b, tầng
điện
2.1.6. Điều khiển động cơ bằng điện trở phụ trong mạch rôto Rf.
Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng cho động cơ KĐB rôto dây quấn thông
qua việc sử dụng điện trở phụ Rf mạch rôto.
Sơ đồ nguyên lý:

11. 11
Hình 2.6: Sơ đồ và đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện trở phụ rôto
Với phƣơng pháp này ta có mômen tới hạn của động cơ:
Mth
nmX
U
.2
.3
0
2
1
=const.
Tốc độ không tải lý tƣởng:
p
f..2
0 =const.
Độ trƣợt tới hạn: sth= t
nm
t
R
X
R
2
2
.
Trong đó: R2t=R2+Rf là điện trở tổng trong mạch rôto.
Khi tăng điện trở phụ Rf khiến cho độ trƣợt tới hạn sth tăng khiến cho độ
cứng đặc tính cơ giảm do đó điều chỉnh đƣợc tốc độ làm việc và mômen
ngắn mạch của động cơ.
Để tăng chất lƣợng điều chỉnh tốc độ, ngƣời ta dùng loại biến trở xung là
loại biến trở tự động có thể điểu khiển nhờ khóa đóng cắt bằng linh kiện điện tử.
Tuy nhiên phƣơng pháp này chỉ sử dụng cho điều khiển rôto dây quấn.
Trên h.2.7 biểu diễn đặc tính cơ của động cơ dây quấn, khi điện trở
phụ trong mạch rô to thay đổi. Việc điều chỉnh điện trở phụ, có thể thực hiện
ở mạch dòng xoay chiều hay ở mạch dòng một chiều. Thay đổi điện trở ở
mạch dòng một chiều, chỉ thực hiện đƣợc khi bộ chỉnh lƣu nối trực tiếp với
vành trƣợt của rô to.
0

12. 12
Rz =
21
1
TT
T
R =
T
T1
R(2.1)
trong đó T1 -thời gian bộ ngắt mạch không làm việc, T2 - thời gian bộ
ngắt mạch dẫn dòng, T1+T2 -chu kỳ làm việc của bộ ngắt mạch, - hệ số điều
biên 0 1.
Từ (2.1) ta thấy rằng, điện trở tƣơng đƣơng Rz phụ thuộc vào hệ số và
biến thiên từ 0 tới R.
Khi mắc nối tiếp điện trở với bộ ngắt mạch, điện trở R thay đổi theo
biểu thức sau:
Rz =
R
TT
R
TTT
R
/)/( 1211
(2.2)
Trong đó (0 .1).
Trong thực tế ngƣời ta sử dụng bộ
điều chỉnh xung điện trở bằng hệ thống
ngắt xung dòng một chiều: Trên hình
2.8 biểu diễn một hệ thống điều chỉnh
xung điện trở mạch rô to.
Điện trở phụ có thể mắc song
song, hoặc nối tiếp với bộ ngắt mạch
một chiều.
Nếu bộ ngắt mạch ti-ri-sto mắc
song song với điện trở, thì điện trở
tƣơng đƣơng biểu diễn bằng biểu thức
sau: Hình 2.7: Đặc tính cơ của động cơ
dây quấn thay đổi điện trở rô to

13. 13
+ +
Ở hệ thống mắc nối tiếp, điện trở Rz thay đổi từ R tới vô cùng, phụ
thuộc vào hệ số . Trong thực tế tần số điều biên có giá trị dao động từ 200
đến 1000Hz. Giới hạn trên của tần số là do thời gian trung hòa của ti-ri-sto.
Trên h.2.8c biểu diễn sơ đồ bộ điều chỉnh xung một nấc điện trở (R1) nối vào
mạch rô to động cơ dây quấn qua mạch một chiều. Ti-ri-sto T ngắt điện trở
hoặc nối điện trở vào mạch. Bộ ngắt mạch ti-ri- sto T đƣợc nối ở một nguồn
độc lập Up. Để ngắt ti-ri-sto T ta mở T1p . Nếu tụ đƣợc nạp điện có cực tính
nhƣ hình vẽ (phía trái dấu +, phải dấu -) thì sau khi mở T1p, tụ sẽ phóng điện
trong mạch T1p-C-D1-L1 và T bị ngắt vì điện áp trên điôt có cực ngƣợc. Cảm
kháng L1 dùng để hạn chế độ tăng dòng trong T1p, ti-ri-sto phụ T2p đƣợc mở
cùng với T. Sau khi mở T và T2p, tụ điện nạp qua mạch Up-Rp-L2-T-C-T2p.
R
BĐ
a)
- -
Ld Ld R
Ud
Ud
Ld L1 L2 Rp
R1 D1 T Tp1 D2 Up
+ -
C TP2
Hình 2.8: Điều chỉnh xung điện áp a)hệ thống nối song song, b)hệ thống mắc
nối tiếp c)hệ thống song song nhƣng có mạch ngắt ti-ri-sto
b)
c)

14. 14
Điện trở Rp dùng để giới hạn dòng điện nhận từ nguồn phụ Up. Sau khi nạp tụ,
T2p tự ngắt.
Ảnh hƣởng của điện trở tƣơng đƣơng Rz lên điện trở của rô to có thể
xác định trên cơ sở công suất của mạch rô to P2.
P2 =3(Rr+Rzf)I2
2
=3RrI2
2
+RzId
2
(2.3)
trong đó Rzf -là điện trở ngoài nối với mỗi pha, Rr - điện trở rô to, I2-
giá trị hiệu dụng dòng rô to, Id - dòng chỉnh lƣu (id Id). Từ (2.3) ta nhận đƣợc
mối liên hệ sau:
Rz = 3Rzf 2
2
2
dI
I
(2.4)
Khi dùng cầu chỉnh lƣu 3 pha, tỷ số giá trị hiệu dụng dòng pha với
giá trị trung bình của dòng chỉnh lƣu (id=Id) là
3
2
do đó:
Rz = 2Rzf(2.5)
Độ trƣợt tƣơng đƣơng khi có Rz nhƣ sau:
sz =s
r
zr
R
RR 2/
= s
r
zr
R
RR
2
2
(2.6)
hoặc lƣu ý rằng Rz= R ta có:
sz =s
r
r
R
RR
2
2
(2.7)
Trong các biểu thức trên, s là độ trƣợt của động cơ khi vành trƣợt bị
ngắn mạch. Trên h.2.9 biểu diễn sơ đồ hệ thống truyền động điện, động cơ dị
bộ rô to dây quấn, điều chỉnh điện trở đƣa vào mạch rô to, bằng các bộ ngắt
mạch ti-ri-sto. Hệ thống gồm một chỉnh lƣu cầu 3 pha có cuộn kháng làm
phẳng điện áp ra và 3 điện trở R1, R2, R3 đƣợc điều khiển bằng xung. Trong
hệ thống sử dụng 2 bộ điều chỉnh: bộ điều chỉnh tốc độ 6 và bộ điều chỉnh
dòng điện rô to 7. Hai bộ này nối song song với nhau. Máy phát tốc 2 đo tốc
độ góc của động cơ. Cảm biến dòng một chiều 4 đo dòng điện. Bộ điều tốc
PID tác động lên khối điều khiển các ti-ri-sto T1, T2, T3 (khối 2).

15. 15
Nhƣ đã phân tích ở phần đặc tính cơ ĐCKĐB, có thể điều chỉnh đƣợc
tốc độ ĐCKĐB bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto, trong phần này khảo
sát việc thực hiện điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng các van bán dẫn, ƣu
thế của phƣơng pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Điện trở trong
mạch rôto động cơ không đồng bộ:
Rr = Rrd +Rf
Trong đó: Rrd: điện trở dây cuốn rôto.
Rf: điện trở ngoài mắc thêm vào mạch rôto.
Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ
không thay đổi và độ trƣợt tới hạn thì tỷ lệ bậc nhất với điện trở. Nếu coi đoạn
đặc tính làm việc của KĐB, tức là đoạn có độ trƣợt từ s = 0 đến s = sth, là
thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có thể viết.
Hình 2.9: TĐĐ động cơ dây quấn với 3 mức điện trở điều chỉnh bằng xung
1 2
3
Ld
4
5 6
mz
m
Ir
Irz
PI
PI
-
A B C
R1
R2
R3
T2
T3
T1
R S T
7

16. 16
rd
r
i
R
R
ss , M = const (2-8)
Trong đó: s - độ trƣợt khi điện trở mạch rôto là Rr.
Si - độ trƣợt khi điện trở mạch rôto là Rrd.
Mà ta lại có:
s
RI
M
r
rr
2
3
Thay (2-8) vào ta đƣợc biểu thức tính mômen:
i
rdr
s
RI
M
2
3
(2-9)
Nếu giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi và không
phụthuộc vào tốc độ động cơ. Vì thế mà có thể ứng dụng phƣơng pháp điều
chỉnh điện trở mạch rôto cho truyền động cómômen tải không đổi.
Trên H.2.9, trình bày sơ đồ nguyên lý của điều chỉnh trơn điện trở mạch
rôto bằng phƣơng pháp xung. Điện áp ur đƣợc chỉnh lƣu bởi cầu điôt CL, qua
điện kháng lcọ L đƣợc cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện trở R0 nối song
song với khoá bán dẫn T. Khoá T sẽ đƣợc đóng, ngắt một cách chu kỳ để điều
chỉnh giá trị trung bình của điện trở toàn mạch.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau:
Ban đầu khi cấp điện cho động cơ, điện trở R đóng vai trò là điện trở
khởi động nhằm tránh sụt áp lƣới cũng nhƣ giảm nhiệt sinh ra trong động cơ.
Sau quá trình khởi động là quá trình thực hiện điều khiển tốc độ, 3 van bán
dẫn T sẽ lần lƣợt cắt giảm điện trở ra khỏi mạch theo nguyên tắc từng van 1
dẫn, van nào dẫn để cắt điện trở mắc song song với van đó. Bằng việc điều
khiển các van nhƣ vậy mà điện trở mạch roto đƣợc thay đổi 1 cách vô cấp vì
vậy mà tốc độ động cơ đƣợc thay đổi trơn cũng nhƣ dải điều chỉnh rộng.
Để cho hệ thống làm việc với tốc độ ổn định thì ta sử dụng thêm 2
vòng phản hồi: phản hồi âm tốc độ và phản hồi dƣơng dòng điện điều khiển
theo luật PID

17. 17
Hoạt động của khoá bán dẫn tƣơng tự nhƣ trong mạch điều chỉnh xung
áp một chiều. Khi khoá T đóng, điện trở R0 bị loại ra khỏi mạch, dòng điện
rôto tăng lên, khi khoá T ngắt điện trở R0 lại đƣợc đƣa vào mạch, dòng điện
rôto giảm. Với tần số đóng ngắt nhất định, nhờ có điện cảm L mà dòng điện
rôto coi nhƣ không đổi và ta có một giá trị điện trở tƣơng đƣơng Re trong
mạch. Thời gia ngắt tn = T – td nếu điều chỉnh trơn tỷ số giữa thời gian đóng td
và thời gian ngắt tn ta điều chỉnh trơn đƣợc giá trị điện trở trong mạch rôto.
000 R
T
t
R
tt
t
RR d
nd
d
e (2-10)
Điện trở tƣơng đƣơng Re trong mạch một chiều đƣợc tính đổi về mạch
xoay chiều ba pha ở rôto theo quy tắc bảo toàn công suất. Tổn hao trong mạch
rôto nối theo sơ đồ H.3.1 là
)2( 0
2
RRTP rdd (2-11)
Và tổn hao khi mạch rôto nối theo sơ đồ H.3.1 là:
)(3 2
frdr RRIP
Cơ sở để tính đổi là tổn hao công suất nhƣ nhau, nên
)2()(3 22
erddfrdr RRIRRIP
với sơ đồ chỉnh lƣu cầu ba pha thì Id
2
= 1,5Ir
2
nên.
22
1 0R
RR ef
Khi đã có điện trở tính đổi, dễ dàng dựng đƣợc đặc tính cơ theo phƣơng
pháp thông thƣờng, họ các đặc tính cơ này quét kín phâng mặt phẳng giới hạn
bởi đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf = Ro/2
Để mở rộng phạm vi điều chỉnh mômen có thể mắc nối tiếp với điện trở
Ro một tụ điện dung đủ lớn. Việc xây dựng các mạch phản hồi điều chỉnh tốc
độ và dòng điện rôto đƣợc tiến hành tƣơng tự nhƣ hệ điều chỉnh điện áp.
Kết luận: Việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB rôto dây quấn bằng
phƣơng pháp xung điện trở mạch rôto là tối ƣu hơn cả. Điều chỉnh tốc độ

18. 18
bằng phƣơng pháp này đảm bảo tính đối xứng với 3 pha rôto thỏa mãn yêu
cầu điều chỉnh vô cấp và khoảng điều chỉnh rộng có thể tạo ra đặc tính cơ
mong muốn . Hơn nữa phƣơng pháp này phù hợp với những hệ truyền động
có mômen cản không đổi. Đặc biệt tính ƣu việt của phƣơng pháp xung điện
trở mạch rôto là thay đổi điện trở mạch rôto thông qua việc đóng_cắt IGBT
một cách tự động nên phƣơng pháp này tự động hoá . Đây cũng là một trong
những chỉ tiêu quan trọng của hệ điều chỉnh trong thời đại ngày nay.

19. 19
CHƢƠNG 3.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DỊ
BỘ BẰNG ĐIỆN TRỞ MẠCH ROTO LIÊN TỤC
3.1. Sơ đồ khối của hệ thống
Dat toc do Mach DK
Do toc do
KÐ IGBT ÐT
HT
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện trở roto
Trong đó:
+ Mach DK: là bộ xử lý trung tâm nhận và xử lý tín hiệu
+ Dat toc do: Khối giao tiếp ngƣời dùng để đặt tốc độ động cơ mong
muốn.
+ HT: Hệ thống hiển thị tốc độ động cơ
+ KĐ: Bộ khuếch đại xung để xung điều khiển có giá trị và biên độ đủ
lớn điều khiển IGBT
+ ĐT: Đối tƣợng điều khiển ở đây là điện trở phụ mạch roto động cơ.
3.2. Thiết kế hệ thống
3.2.1. Tính chọn mạch động lực
Do ƣu điểm của IGBT so với Thyristor là điều khiển dễ dàng nên ta
chọn mạch động lực nhƣ hình 3.2

20. 20
Hình 3.2: Mạch động lực
Các thông số của động cơ KĐB rôto dây quấn :
Pdm = 4 kW .
ωdm = 98 1/s .
I1dm = 7,3A .
I0 = 5 A .
I2dm = 6,3 A .
E20 = 225 V .
R2’ = 1,836 Ω.
X2’ = 2,67 Ω.
Để tính chọn các phần tử của mạch lực trƣớc hết dựa vào các yêu cầu
mà hệ truyền động cần đảm bảo .
-Có khả năng thay đổi độ rộng xung điện trở trong một khoảng rộng
để có thể điều chỉnh sâu tốc độ thông thƣờng độ rộng xung từ (0,05÷0,95).

21. 21
-Làm việc ổn định ở những vùng có độ trƣợt nhỏ .
-Làm việc với tần số truyền mạch cao đến 2000 Hz .
3.2.1.1. Chọn Aptomat :
Aptomat khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện , để bảo vệ quá tải và
ngắn mạch . Ta chọn Aptomat theo dòng định mức . Theo PLIV.5 trang 286
sách “ thiết kế cung cấp điện ”. Của tác giả Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm.
Ta chọn Aptomat kiểu EA10-G do Nhật chế tạo, có các thông số kỹ thuật sau.
- Số cực 3 .
- Điện áp định mức Udm = 380 V.
- Dòng điện định mức Idm = 10 A .
- IN = 5 kA .
3.2.1.2. Chọn công tắc tơ và các nút ấn :
*Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng , cắt mạch điện . Ngoài ra
còn có tác dụng bảo vệ điện áp thấp và điện áp không chọn công tắc tơ theo
dòng định mức của động, ta có Iđm = 7,3A của hãng FUJI có ký hiệuSC- 02
có các thông số sau:
- Điện áp định mức Uđm = 380 V .
- Dòng điện định mức Iđm=10A . Chọn các nút ấn :
Tra theo catalog của hảng Yong Sung (Hàn Quốc) chọn.
+Chọn một nút ấn thƣờng đóng có màu đỏ loại YS 12-11 .
+Chọn một nút ấn thƣờng mở có màu xanh loại YS 12-11R .
3.2.1.3. Tính chọn Diôt :
Để các van động lực làm việc đƣợc an toàn và không bị đánh thủng nên
khi tính chọn van, ta tính ứng với trƣờng hợp khởi động động cơ .
Dòng điện rôto quy đổi về stato có thể tính .
)(83,28
67,2836,13
225
3
'
222'
2
2'
2
20
2 A
XR
E
I kd
Hệ số quy đổi K:

22. 22
82,0
225
220.95,095,0
20
1
20
1
1
E
U
E
E
KK E
)(64,2383.28.82,0. 1
'
22
1
2'
2 AKII
K
I
I kdkd
kd
kd
kddm IKI 21. ;
3
2
1K hệ số tra bảng.
AIdm 78,1564,23.
3
2
Dòng điện trung bình qua van:
AKII tbdmD 26,578,15.
3
1
.
Dòng điện hiệu dụng qua van:
AKII hddmhd 47,8
3
1
.78,15
AKKI hdIvcp 16,1047,8.2,1.
Chọn KI = 1,2.
Điện áp ngƣợc lớn nhất:
V
E
Ung 6,360
3
255
45,2.
3
20
max
2,45 : Hệ số sơ đồ cấu.
Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngƣợc của van cần
chọn phải lớn hơn điện áp làm việc một hệ số dự trữ Kdt = 1,6÷2 .
Unv = Kdt.Ungmax = 1,6.360,6 = 577 (V)
Chọn Kdt = 1,6 .
Tra bảng 4 tài liệu “thiết kế thiết bị điện tử công suất” của thầy giáo
Trần Văn Thịnh biên soạn, ta chọn Điốt có ký hiệu RP6015 có các thông số :
Dòng điện cực đại của van : Imax = 15 (A) . Điện áp ngƣợc van : Un =
600 (V) . Tổn hao điện áp : U = 1,5 (V) .
3.2.1.4. Tính chọn IGBT:
Để đảm bảo cho IGBT làm việc đƣợc và không bị đánh thủng thì

23. 23
IGBT cần chọn có điện áp ngƣợc lớn hơn điện áp ngƣợc đặt lên chúng . Vậy
sơ đồ mạch lực đã đƣợc chọn . Ta có điện áp ngƣợc đặc lên IGBT phải tính
ứng với trƣờng hợp điều chỉnh tốc độ nhỏ nhất . Khi có Rf là lớn nhất .
Khi làm việc ở M = const , dải điều chỉnh D = 4÷1 .
tn
f
S
R
S
RR
const
S
R '
2
4
1
''
2
'
2
Mà 0637,0
1000
3,9361000
n
nn
S dm
dra
PVndm /3,936
14,3.2
98.60
2
60
756,0
1000
1,23410004
1
4
1
n
nn
S
PVn /41,23
14,3.2
4
98
.60
2
60
4
1
4
1
Vậy 08,9836,0756,0.
0637,0
836,0
. '
2
4
1
'
2'
RS
S
R
R
tn
f
5,13
82,0
08,9
22
'
K
R
R
f
f
Cộng hệ số dự trữ 5%.
R0 = 13,5 + 0,675 = 14,17 (Ω).
Điện áp đặt lên IGBT lúc này .
UngmaxT = Idm.R0 = 7,3. 14,17 = 107,31 (V) .
Để van làm việc an toàn hơn khi chọn van ta nhân thêm hệ số dự trữ về
áp Kv = 1,3 Do đó :
UngcpT = UngmaxT.Kv = 107,31.1,3 =140(V)
Và nhân với hệ số dự trữ về dòngKI=1,2
Ivcp = Idm.KI = 7,3.1,2 = 8,76 (A) . Vậy với các thông số của van động
lực đã tính :

24. 24
UngcpT = 140 (V) . Ivcp = 8,76 (A) .
Muốn tăng độ dốc của đặc tính điều chỉnh, ta phải dùng IGBT
có điện áp định mức lớn nhƣ vậy :
→Tra bảng 5 trang 114 sách “tài liệu hƣớng dẫn thiết kế thiết bị
ĐTCS” của tác giả Trần Văn Thịnh chọn IGBT loại FGA25N120 có các
thông số kỹ thuật :
- Dòng điện trung bình của van Itb = 10 (A) .
- Điện áp ngƣợc của van Un = 200 (V) .
- Độ sụt áp trên van U = 2,4 (V) .
- Điện áp điều khiển Ug = 2 (V) .
- Dòng điện điều khiển Ig = 0,15 (A) .
- du/dt=1000 (V/S)
3.2.1.5. Tính chọn điện trở phụ :
Điện trở này tạo ra đặc tính điều chỉnh mong muốn, muốn mở
rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ, điện trở phụ rôto phải lấy với giá trị lớn nhất
có thể đƣợc .
Nếu coi rằng khi IGBT ngắt, dòng điện vẫn giữ giá trị cũ do đó ta xác
định giá trị của điện trở phụ là :
38,15
3,1.10
200
.
max
max
0
vd KI
TUng
R
Trong đó: UngmaxT=200V : Điện áp ngƣợc cực đại của IGBT
Idmax=10A: Dòng điện cực đại có trong mạch
Kv : Hệ số dự trữ về áp .
3.2.1.6. Tính chọn Ld :
Muốn bảo đảm biên độ đập mạch nhỏ nhất cho dòng điện và mômen
động cơ, ta phải lấy tần số đóng cắt IGBT ở mức độ cực đại cho phép . Mặc
dù theo số liệu catolô, IGBT đƣợc phép làm việc ở tần số 2000HZ . Nhƣng ta
phải xét các thời gian tác động bản thân của IGBT. (thời gian mở thông từ

25. 25
1÷5 μS , thời gian phục hồi tính khoá từ 15÷25 μS) . Các khoảng thời gian
ngắn nhất cần để IGBT ngắt hẳn sau khi đã thông tƣơng đối lâu và độ dự trữ
cần thiết để đảm bảo làm việc tin cậy nên ta chọn tần số chuyển mạch fcm =
800HZ . Khi đó ta có chu kỳ chuyển mạch :
s
f
Tcm
3
10.25,1
800
11
Thời gian mà dòng điện thay đổi từ Imin÷Imax đƣợc tính:
sTt cm
43
10.25,610.25,1.5,0.5,0
Chọn AIIi 01.0÷ maxmin
Vậy: LI
i
t
RL dd 2.. max0
Với 38,150R ; AId 10max ;
f
X
L L
2
3
.
15,4
82,0
67,1
67,1 22
'
2
2
'
22
'
1
c
L
K
X
XXXXX
HL 3
10.9,3
50.14,3.2
15,4.3
mHLd 8,110.9,3.210.
01,0
10.25,6
.38,15 3
4
3.3. Thiết kế mạch điều khiển
3.3.1. Giới thiệu về vi điều khiển 8051
MSC51 là một họ Vi Điều Khiển (Microcontroller) do hãng Intel
sản xuất.Các IC của họ MSC51 tiêu biểu là 8051 và 8031. Đặc biệt, vi điều
khiển 89C51 sản xuất gần đây mang các đặc điểm sau:
4Kbytes EEPROM.
128 bytes RAM.
4 Port I/O (Input/Output).
2 bộ định thời Timer 16 bits.
Giao tiếp nối tiếp.
64Kbytes không gian bộ nhớ chƣơng trình mở rộng.
64Kbytes không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng.
Một bộ xử lý luận lí (thao tác trên các bits đơn).

26. 26
210 bits đƣợc địa chỉ hóa.
Bộ nhân chia 4µs.
HỆ THỐNG GIAO TIẾP PORT.
Port 0: port 0 là một port hai chức năng trên các chân 32-39.
Hãy nhớ rằng : trên các chân này chƣa có điện trở kéo dƣơng, do đó
khi cần chúng ta cần nhớ đến đặc điểm này.
Port 1: port 1 là một port I/O trên các chân 1-8.
Port 2: port 2 là một port công dụng kép trên các chân 21-28.
Port 3: port 3 là một port công dụng kép trên các chân 10-17. Các
chân này đều có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ tới các
đặc tính đặc biệt của 8051 ở bảng sau:
CÁC TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN:

27. 27
Chip AT89C51 có các tín hiệu điều khiển cần phải lƣu ý nhƣ sau:
Tín hiệu vào EA trên chân 31 thƣờng đặt lên mức cao ( +5V)
hoặc mức thấp (GND)
Nếu ở mức cao, 8951 thi hành chƣơng trình từ ROM nội trong
khoảng địa chỉ thấp (4K hoặc tối đa 8k đối với 89C52).
Nếu ở mức thấp, chƣơng trình đƣợc thi hành từ bộ nhớ mở rộng (tối
đa đến 64Kbyte).
Ngoài ra ngƣời ta còn dùng EA làm chân cấp điện áp 12V khi lập
trình EEPROM trong 8051.
CHÂN PSEN (Program store enable):
PSEN là chân tín hiệu ra trên chân 29. Nó là tín hiệu điều khiển cho
phép chƣơng trình mở rộng, PSEN thƣờng đƣợc nối đến chân OE (Output
Enable) của một EPROM hoặc ROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh.
Hãy nhớ rằng : bình thƣờng chân PSEN sẽ đƣợc thả trống ( No
Connect).Chỉ khi nào cho EA ở mức thấp thì lúc đó:
PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhị phân của
chƣơng trình đƣợc lấy từ EPROM qua bus dữ liệu và đƣợc chốt vào thanh ghi
lệnh của 8951 để giải mã lệnh.
PSEN ở mức thụ động (mức cao) nếu thi hành chƣơng trình trong
ROM nội của 8951.
 CÁC CHÂN NGUỒN:
AT8951 hoạt động ở nguồn đơn +5V.Vcc đƣợc nối vào chân 40, và
Vss (GND) đƣợc nối vào chân 20.
3.3.2. Thuật toán và chƣơng trình điều khiển
3.3.2.1. Giải thuật

28. 28
TIMER0_ISR

29. 29
Đây là chƣơng trình phục vụ ngắt dành cho ngắt do Timer 0 gay ra.
Nguyên lý tạo xung có độ rộng cao hay thấp thay đổi cho điều khiển
tốc độ động cơ nhƣ sau:

30. 30
Trong đó: TL là khảng thời gian định thời ở mức 0 (tƣơng ứng 0V)
TH là khảng thời gian định thời ở mức 1 (tƣơng ứng 5V)
Giá trị nạp của khảng thời gian TH đƣợc lƣu vào ô nhớ có địa chỉ:
(high: 7FH, low: 7EH) và cho TL: (high: 7DH, low: 7Ch)
Tốc độ chuẩn đƣợc lấy vào từ ADC0809
Bit 00 có giá trị:
1: Tức là xung điều khiển động cơ đang ở định thời mức 1 (5V).
0: Tức là xung điều khiển động cơ đang ở định thời mức 0 (0V).
Sử dụng Timer 0, mode 1, khi tràn thì interrupt (sau khảng 50ms).
Timer 0:bộ định thời 16 bit có 4 mode hoạt động.
Mode 1: Timer 0 đặt hoạt động ở mode 1, các bít M1=0, M0=1 trong
thanh ghi TMOD thiết lập định thời 16 bit, để timer bắt đầu đếm thì đồng
thời phải set bit TR0=1 trong thanh ghi TCON.
Interrupt timer 0: TF0=1 trong thanh ghi TCON khi Timer 0 đếm tới
giá trị đặt và vòng về giá trị 0.
Với các diễn giải trên hoạt động của TIMER0_ISR tóm tắt nhƣ sau:
Khi ngắt xảy ra, dùng timer 0, kiểm tra bnit dấu 00H, có 2 trƣờng hợp:
 Bit dấu 00H=1: các hoạt động tiếp theo sẽ là:

31. 31
 Xóa bít dấu 00H;
 Nạp lại dung lƣợng đếm (TL) cho Timer 0;
 Hạ tín hiệu điều khiển động cơ xuống mức thấp;
 Cho chạy lại Timer 0.
 Bit dấu 00H=0:
 Cập nhật tốc độ đặt từ ADC0809. Hai trƣờng hợp:
Phát hiện có sự thay đổi tốc độ dặt từ ADC0809, cập nhật tốc độ đó.
Tốc độ nhận từ ADC0809 không đổi, không cập nhật.
 Khởi động lại ADC0809;
 Set bit dấu 00H;
 Nạp lại dung lƣợng đếm (TH) cho Timer 0;
 Nâng tín hiệu điều khiển của động cơ lên mức cao;
 Cho phép Timer 0 hoạt động.
INT0_ISR
Trình phục vụ ngắt gây ra do ngắt ngoài 0.
Chƣơng trình này phục vụ việc đếm tốc độ quay của động cơ. Nó
đƣợc viết ngay sau vector ngắt của ngát ngoài 0 (lệnh xử lý: ORG 0003H).
Trình này chỉ thực hiện mỗi động tác là tăng nội dung ô nhớ tốc độ đo
7BH lên 1. Quá trình đếm tốc độ này diễn ra trong khoảng 50ms (chu kỳ của
xung điều khiển tốc độ động cơ) và sau đó đƣợc tái lập (vòng về 0 và đếm lại
chu kỳ tiếp).
Trình phục vụ ngắt này không hiện diện rõ ràng trong chƣơng trình,
nó đƣợc đặt nối tiếp ngay sau lệnh gọi địa chỉ vector ngắt và đƣợc trình bày ở
đây có tên là INT0_ISR chỉ nhằm mục đích mô tả rõ hơn các hoạt dộng diễn
ra bên trong bộ VĐK.

32. 32
MAIN
Phần chƣơng trình này làm việc nhƣ 1 bộ tính toán - hiệu chỉnh dung
lƣợng dếm TH hoặc TL để thay đổi chu kỳ làm việc của xung điều khiển tốc
độ động cơ. Bên cạnh đó còn có nhiệm vụ: tạo baud rate 1200, nạp các giá trị
thích hợp cho các thanh ghi điều khiển và hiển thị tốc độ.

33. 33
HIENTHITOCDO
Trình con này phục vụ cho việc hiển thị tốc độ đo ra khối hiển thị ra
LED 7 đoạn. Xem chi tiết trên lƣu đồ thuật giải.

34. 34
DELAY
Trình con tạo trễ khoảng 1 ms (1024 microseconds).
BINTOBCD:
Trình con chuyển đổi số BIN sang số BCD, đầu vào là cặp thanh ghi
R7:R6 liên tiếp chứa byte cao và byte thấp của số nhị phân 16 bit.
Để chuyển sang mã BCD nén, ta cần chuyển sang mã BCD theo cách
láy giá trị cần chuyển đổi lần lƣợt chia cho 10, số dƣ sẽ là mà BCD tƣơng
ứng. Nếu số cần chuyển đổi là 16 bit nhƣ trƣờng hợp của ta, chia lần đầu để
lấy số dƣ mã BCD hàng đơn vị, lần 2 cho hàng chục. Thủ tục dùng để chia số
16 bit cho số 8 bit là DIV_16_8.
Để tìm 2 mã hàng trăm và hàng ngàn còn lại, chỉ cần dùng lệnh <DIV
AB> thông thƣờng trong tệp lệnh.
Kết quả từ thủ tục này cũng là R7:R6, nhƣng bây giờ là số BCD nén
với R7 chứa hàng ngàn trong 4 bit cao, hàng trăm trong 4 bit thấp. Tƣơng tự
cho R6, byte cao chứa hàng chục, byte thấp chứa hàng đơn vị.
Trong thủ tục này có sử dụng đến thủ tục chia số 16 bit cho số 8 bit sẽ
trình bày dƣới đây;
DIV_16_8
Chƣơng trình con chia số nhị phân 16 bit cho 10 (số nhị phân 8 bit)
dùng pháp trừ và phép dịch trái bít liên tiếp cho tới khi đến bít thứ 16.

35. 35
Diễn giải cụ thể nhƣ sau:
Đầu tiên dịch trái 1 bít toàn bộ 16 bit trong có mặt trong cặp thanh ghi
R7:R6 có cờ Carry, CY=0. Thanh ghi A tại dòng lệnh <RLC A> mang giá trị
các bít cao của số nhị phân 16 bit đƣợc dịch trái và có thể còn có bít đi trƣớc
bít cao mang giá trị chia còn dƣ của lần dịch bít kế trƣớc đó. Phần tính ra trị
dƣ này đƣợc tính ra bằng lệnh <SUBB A,B> nằm nối tiếp sau nhãn
“A_GREAT_EQ_B” và trị dƣ (nếu có) đƣợc giữ nguyên trong thanh ghi A
lúc nhảy ra ngoài nhãn.
Tại dòng lệnh <CJNE A,B,NOT_EQUAL> cho ta 3 khả năng quan hệ
giữa A và B:
Nếu A=B : CY= 0
Nếu A>B : CY= 0
Nếu A<B : CY= 1
Hai trƣờng hợp đầu, thƣơng số bằng 0 (dòng lệnh biểu thị là 3 dòng
lệnh tiếp theo sau lênh trừ trên) đƣợc nạp vào bit thấp nhất của thanh ghi R6
(chứa giá trị của cờ Carry dịch vào). Trƣờng hợp còn lai không phải nạp giá
trị 0 (không chia hết) cho bit nêu ra trong 2 trƣờng hợp đầu vì bản thân nó đã
bằng zero của cờ Carry dịch trái vào R6 đƣợc thay bằng 1.
Nếu A>B, thì thƣơng số bằng 1 và số dƣ tính ra bằng lệnh SUBB. Số
dƣ này sẽ lƣu lại cho lần dịch bít sau (lần dịch bít sau là lần dịch bít thứ 16.
3.3.2.2. Phần cứng
a. Sơ đồ nguyên lý

36. 36
Hình 3.3: Sơ đồ mạch thi công
b. Chức năng của tùng bộ phận
KHỐI NGUỒN
Hình 3.4: Mạch nguồn

37. 37
Cung cấp nguồn nuôi cho mạch thi công
Khối nguồn đƣợc thiết kế cung cấp mức điện áp ổn định 5V cho mô
hình. Một biến áp 220V sang 12V khoảng 1A; tụ điện nguồn 2200uF 25V và
IC ổn áp 7805.
KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51
Hình 3.5: Khối điều khiển AT89C51
Trung tâm điều khiển các chế độ làm việc của động cơ và toàn bộ hoạt
động khác: điều khiển động cơ chạy ở tốc độ mong muốn, hoạt động mạch
hiển thị LED, đo tốc độ, giao tiếp máy tính.
Khối gồm có IC AT89C51, mạch tạo xung và mạch reset.
KHỐI ĐẶT TỐC ĐỘ TRÊN KIT

38. 38
Hình 3.6: Khối đặt tốc độ
Khối điều khiển tốc độ động cơ bằng tay trên KIT.
Khối gồm IC ADC0809 làm chức năng chính là chuyển đổi tƣơng
tự/số, IC 74LS393 tạo xung nhịp cho ADC0809 và biến trở dặt tốc độ để chọn
mức điện áp cho ADC0809
KHỐI HIỂN THỊ
Hình 3.7: Khối hiển thị tốc độ đo
Dùng để hiển thị tốc độ đo đƣợc của dộng cơ trong mô hình mạch thi công.

39. 39
Khối gồm IC 7447 làm nhiệm vụ giải mã BCD sang mã 7 đoạn, 4 LED
7 đoạn, 4 tranzitor A1015 kéo dòng cho 4 LED 7 đoạn loại anode chung, 7
điện trở hạn dòng cho 7 đầu vào a, b, c, d, e, f và g (không vẽ trên hình) và bộ
điện trở phân cực tranzitor.
KHỐI MẠCH ĐỘNG CƠ
Hình 3.8: Khối đo tốc độ dùng encoder
Khối này gồm bộ phận cảm biến tốc độ sử dụng encoder.
c. Hoạt động của mạch điều khiển
1. Các bước chuẩn bị:
Kiểm tra dây nối;
Kiểm tra nối nguồn;
Chỉnh biến trở đặt tốc độ về zero để động cơ không chạy khi mới
cấp nguồn.
2. Hoạt động của sơ đồ
Khối nguồn cho ra điện áp 5V ở ngõ ra.
Khối VĐK AT89C51 thực thi chƣơng trình đƣợc nạp với các điều
kiện đầu là tốc độ đặt bằng zero, tốc độ đo xuất ra LED là 0, tạo xung khởi
động cho ADC0809.

40. 40
Khối đặt tốc độ, lúc đầu vì chƣa đặt tốc độ nên động cơ không chạy.
Khối hiển thị 4 số 0.
Để điều khiển động cơ chạy ở tốc độ mong muốn, chỉnh biến trở đặt tốc
độ theo chiều tăng điện áp. AT89C51 trong quá trình thực thi chƣơng trình sẽ
cập nhật tốc độ thừ ADC0809, so sánh tốc độ cập nhật với tốc độ trƣớc đó ,
nếu có sự thay đổi nó sẽ tự động cập nhật vào ô nhớ tốc độ chuẩn, sau đó sẽ
điều khiển phát xung định thời tăng mức 1 liên tục khi tốc độ động cơ chuẩn
lớn hơn tốc độ động cơ đo, cho tới khi bằng nhau và ngƣợc lại giảm định thời
mức 1 khi tốc độ động cơ chuẩn bé hơn tốc độ đo.
Việc tăng hay giảm khoảng định thời tuân thủ luật: lƣợng tăng khoảng
định thời mức này đồng thòi đi kèm giảm 1 lƣợng tƣơng ứng khoảng định
thời mức kia.
Sau khi tính toán lƣợng chênh lệch giữa tốc độ chuẩn và tốc độ đo, ngắt
do bộ định thời timer 0 nếu xuất hiện, AT89C51 sẽ kiểm tra dấu (trong
chƣơng chình là bít định địa chỉ 00H) để xác định bộ đếm timer 0 đang định
thời mức 1 (nếu nội dung 00H bằng 1) hay mức 0 (nếu nội dung 00H bằng 0).
Nếu đang định thời mức 1 thì xóa 00H, nạp nội dung trong ô nhớ giá trị
định thời mức 0 vào timer 0 và cho chạy.
Nếu ngát của timer 0 chƣa can thiệp thì AT89C51 sẽ xuất tốc độ đo
đƣợc từ bộ cảm biến tốc độ (encoder) cho khối hiển thị.
Trong chƣơng trình thực thi của At89C51, ta sử dụng 2 ngắt có độ ƣu
tiên theo thứ tự giảm dần là Timer 0, ngắt ngoài 0
Ngắt ngoài 0 sẽ làm việc với độ ƣu tiên xếp sau ngắt do Timer 0, nếu
timer 0 tràn và gây ngắt thì ngắt ngoài 0 sẽ chờ và thực thi sau đó. Ngắt ngoài
0 sẽ liên tục tăng ô nhớ tốc độ mỗi khi xung cạnh chân /INTO của AT89C51.
Ô nhớ tốc độ bị xóa mỗi khi timer 0 gây ngắt.
d. Chương trình chính
/*****************************

41. 41
chuong trinh chinh su dung 4 ngat
************/
ORG 0
LJMP MAIN
ORG 0003H ;external interrupt 0
INC 7BH
CPL P2.1
RETI
ORG 000BH ;timer 0 interrupt
LJMP TIMER0_ISR
ORG 0023H;serial port interrupt
LJMP SP_ISR
MAIN:
CLR TI
CLR RI
MOV 70H,#HIGH(-50000) ; chu ky xung kich dong co 50ms
MOV 7CH,#LOW(-50000); tan so tuong ung 20Hz
MOV 7FH,#0 ; khoi dong khoang dinh thoi muc 1=zero
MOV 7EH,#0
CLR P2.0
SETB P2.0
CLR P2.0
MOV TMOD,#21H; timer 1,mod2,timer0 mode1
MOV TH1,#-26; 1200 baud
SETB TR1
SETB TR0
MOV TCON,#01H ;ITO=1, ngat ngoai 0 tac dong nay canh xung xuong
MOV SCON,#50H ; Mode 8 bitUART

42. 42
MOV SP,#2FH ;bo nho don bat dau tu 30H
MOV IP,#02H ;PT0=1 : uu tien cho ngat timer 0 , REN=1 : cho phep
hoat dong ;thu
MOV IE,#93H ;EA=1: cho phep ngat ngoai toan cuc
;ES=1: cho phep ngat do port noi tiep
;ET0=1: cho phep ngat do timer 0
;EX0=1: cho phep ngat ngoai 0
;------------------------------------------
;dung timer 0 de tinh toc do dong co
; X0 : giam dinh thoi muc 1 va tang dinh thoi muc 0
; X1 :tang dinh thoi muc 1 va tang dinh thoi muc 0
;--------------------------------------------
X0:
MOV A,7AH; bo nho toc do do (7AH)
CLR C
SUBB A,79H ; toc do chuan (79h)
JC X1
MOV A,79H; chuan
CLR C
SUBB A,7Ah; do
JNC X2; neu chuan = do :C=0, nhay toi X2
DEC 7EH ; Do > chuan : giam dinh khoang dinh tho 1 , dong thoi
tang ;khoang dinh thoi 0
CLR C
MOV A,#0FFH ;so sanh byte thap voi 0FFH
CJNE A,7EH,TANG_DINH_THOI_MUC_0;neu phep tru
(7EH)comuon thi ;tru tiep (7EH)
DEC 7EH ; byte cao gia tri khpang dinh thoi 1

43. 43
TANG_DINH_THOI_MUC_0 :
INC 7CH ; byte thap gia tri khoang dinh thoi 0
CLR C
MOV A,#0
CJNE A,7CH,X2 ; neu co bi tran thi cong 1 ,vao (7DH)_byte cao gia
tri dinh ;thoi 0
INC 7DH
CPL P2.2
SJMP X2
X1:
INC 7EH
CLR C
MOV A,#0
CJNE A,7EH,GIAM_DINH_THOI_MUC_0
INC 7FH
GIAM_DINH_THOI_MUC_0:
DEC 7CH
CLR C
MOV A,#0FFH
CJNE A,7CH,X2
DEC 7DH
CPL P2.3
X2: ;rpm=(7AH)/20/0,05*60=(7AH)*60
CALL HIENTHITOCDO
SJMP X0
;
;*************************;
;Trinh phuc vu ngat timer 0.

44. 44
;nap cac khoang dinh thoi cho timer 0
;*************************;
TIMER0_ISR :
PUSH ACC
CLR TR0
JB 00H,Y1 ; kiem tra bit dau, neu (00H)=1 thi nhay den Y1
MOV 75H,P1 ; 75H la o nho cap nhat toc do dat
MOV A,75H ;tu ADC
CJNE A,77H,NOT_EQ_ADC ; so sanh gia tri cap nhat voi gia tri luu
cua lan ;kiem tra truoc
SJMP SKIP1 ; neu khong thay doi thi bat dau tien hanh nap khoang
dinh thoi ;0 va cho chay timer 0
NOT_EQ_ADC:
MOV 77H,A ;77H la o nho luu toc do dat cu cua ADC
MOV 79H,A ;bang thi cap nhap toc do chuan
SKIP1:
CLR P2.0 ;khoi dong ADC
SETB P2.0
CLR P2.0
MOV 7AH,7BH ; 7AH la o nho toc do do
MOV 7Bh, #0 ; 7BH la o nho toc do se thay doi theo moi lan timer 0
bi tran ;(~50ms) bat dau nap dinh thoi 1
SETB 00H ; bat dau nap dinh thoi 1
MOV TH0,7FH ; byte cao gia tri khoang dinh thoi 1
MOV TL0,7Eh ; byte thap gia tri khoang dinh thoi 1
SETB P3.7 ; nang tin hieu dieu khien dong co len muc cao
SJMP Y2
Y1:

45. 45
CLR 00H ; bat dau nap dinh thoi 0
MOV TH0,7DH ; byte cao gia tri khoang dinh thoi 0
MOV TL0,7CH; byte thap gia tri khoang dinh thoi 0
CLR P3.7 ;ha tin hieu dk dong co xuong muc 0
Y2:
SETB TR0 ; cho timer 0 chay
POP ACC
CPL P2.4 ; den bao
RETI
;*********************
;Hien thi toc do , pp quyet led
;Hang ngan, tram chua trong byte dia chi 74H
;Hang chuc, don vi chua trong byte dia chi 73H
;7AH chua toc do do bang so xung / 50ms hoac vong/s
;nhu vay muon chuyen sang rpm thi nhan 60
;**********************
HIENTHITOCDO:
MOV A,7AH
MOV B,#60
MUL AB
MOV 73H,A ;(73H)=(R6)
MOV 74H,B ;(74H)=(R7)
MOV R7,B ; R7:byte cao so nhi phan 16 bit
MOV R6,A ; R6: byte thap so nhi phan 16 bit
LCALL BINTOBCD ;CTC chuyen so BIN 16 bit thanh so BCD nen
MOV 73H,R6 ;R6 chua so BCD nen hang ngan- tram
MOV 74H,R7; R7 chua so BCD nen hang chuc- don vi
MOV A,73H

46. 46
ANL A,#0FH
ORL A,#11100000B ; chon led don vi
MOV P0,A
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
MOV A,73H
SWAP A
ANL A,#0FH
ORL A,#11010000B ; chon led chuc
MOV P0,A
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
MOV A, 74H
ANL A,#0FH
ORL A,#10110000B ; chon led tram
MOV P0,A
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS

47. 47
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
MOV A,74H
SWAP A
ANL A,#0FH
ORL A,#01110000B ; chon led ngan
MOV P0,A
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
ACALL DELAYMS
RET
;
;**************
;chuong trinh con lam tre 1ms
;***************
DELAYMS: ;milisecond delay routine(1024uc)
MOV R5,#00H ;2MC
LOOPA: ;225x4MC=1020MC
NOP ;1MC
INC R5 ; 1MC
CJNE R5,#0FFH,LOOPA ;2MC
RET ;2MC
;
;*****************
;Chuong trinh con doi so nhi phan 16 bit thanh ma BCD nen

48. 48
;inputs : dia chi 74H chua byte cao so nhi phan 16 bit(R7=74H)
;dia chi 73H chua byte thap so nhi phan 16 bit (R6=73H)
;outputs : dia chi 74H chua ngan-tram BCD nen (R7=74H)
;dia chi 73H chua chuc-don vi BCD nen (R6=73H)
;*****************;
BINTOBCD:
PUSH ACC
PUSH B
MOV B,#10
ACALL DIV_16_8 ; lay R7/R6 chia cho 10
PUSH B ; cat hang don vi vao stack
MOV B,#10
ACALL DIV_16_8 ; tiep tuc chia cho 10
PUSH B ; cat hang chuc vao stack
MOV B,#10
MOV A,R6
DIV AB ;tiep tuc chia cho 10
PUSH B ;cat so hang tram vao stack
;A chua so hang ngan
SWAP A ;Dua so hang ngan len 4 bit cao
POP B ; lay so hang tram tu stack ra
ORL A,B ; ket hop so hang ngan -hang tram
MOV R7,A ;R7=ngan-tram
POP ACC ; lay so hang chuc tu stack ra
SWAP A ; dua so hanh chuc len 4 bit cao
POP B; lay so hang don vi tu stack ra
ORL A,B ;ket hop so hang chuc -hang don vi
MOV R6,A ; R6=chuc-don vi

49. 49
POP B
POP ACC
RET
;
;*************;
;Chuong trinh con chua 1 so nhi phan 16 bit cho 1 so 8 bit
;so 8 bit la so 10(he thap phan)
;*******************;
DIV_16_8:
PUSH ACC ; cat thanh ghi A
PUSH 02H ;cat thanh ghi R2
MOV R2,#16 ; cho phep dich 16 lan
CLR A
DIVIDE:
XCH A,R6
CLR C ;dich bit 7 cua R6 vao Carry
RLC A ;bit 0 cua R6=0
XCH A,R6
XCH A,R7 ; dich bit Carry vao bit 0 cua R7
RLC A
XCH A,R7
RLC A ; dich bit 7 cua R7 vao A
CJNE A,B,NOT_EQUAL ; xem so bit da dich >=so chia chua
SJMP A_GREATER_EQ_B
NOT_EQUAL: ;NO:thuong so = 0 cat trong R6
JC BELOW
A_GREATER_EQ_B: ;YES: thuong so = 1 cat trong R^;
SUBB A,B ; so du cat trong A

50. 50
XCH A,R6
ORL A,#1
XCH A,R6
BELOW:
DJNZ R2,DIVIDE ;xem da dinh du 16 lan chua ? , chua thi nhay len
DIVIDE
XCH A,B ;neu du 16 lan roi thi nap so du vao B;
POP 02H
POP ACC
RET
;
;*************************;
;R3 4 dao chieu dong co
;R5 4 DELAYMS
;R6 4 Chuc-don vi
;R7 4 ngan-tram
;**************
END;
g. Mạch sau khi thi công và hoàn thiện

51. 51

52. 52
KẾT LUẬN
Sau một thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp với sự giúp đỡ của
GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, đến nay đề tài của em là “XÂY DỰNG MÔ
HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DỊ BỘ DÂY
QUẤN BẰNG ĐƢA ĐIỆN TRỞ VÀO ROTO LIÊN TỤC”
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn em thực hiện đề tài này. Tuy nhiên do còn hạn
chế về kiến thức, kinh nghiệm thực tế, tài liệu tham khảo, nên đồ án không thể
tránh khỏi những thiếu sót, các vấn đề nghiên cứu còn chƣa sâu rộng và chƣa
gắn đƣợc với thực tế. Rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp quý báu từ
thầy cô và các bạn đồng nghiệp để bản đồ án hoàn thiện hơn.

53. 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Điều khiển tự động các hệ thống truyền động điện – Thân Ngọc Hoàn,
Nguyễn Tiến Ban – NXB khoa học và kỹ thuật - 2007
2. Máy điện – NXB xây dựng - PGS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
3. Điện tử công suất – Trần Trọng Minh – NXB GD – 2014
4. Họ vi điều khiển 8051 – Tống Văn On